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快速原型技术在汽油发动机起停功能开发中的应用研究

何鹏  
【摘要】:随着社会环境的快速变化,对油耗和环境问题的关注也日益上升。发动机控制技术是汽车中的核心技术之一,与汽车排放和油耗关系密切。掌握发动机控制的快速开发技术显得尤为重要,快速原型技术就是实现该目的主流手段之一。本文以1.5L自然吸气PFI发动机为研究对象,应用基于模型设计的方法进行发动机起停功能的软件设计开发。本文以simulink的建模及自动代码生成技术为依托,按照V流程的开发模式,从离线到在线,从虚拟到实物的过程,完全脱离枯燥的代码进行开发。对发动机传感器信号采集处理及分析、执行器控制、起动功能模块、怠速功能模块进行了系统的功能设计、策略研究、建模、仿真、标定和验证。经过不断的调试和大量的试验,表明基于模型设计的快速原型技术能很好的应用在发动机控制器的软件设计中。程序模型化也有助于工程师更好的进行图形化设计,能够在软件开发过程中进行早期的验证,提高建模的效率。本文在首先进行软硬件总体方案的设计,硬件方面基于RapidECU和发动机零部件,建立电源通道、信号通道、驱动通道、通讯通道,并对根据ECU的硬件实际情况,点火信号、曲轴位置信号进行了转换,使得ECU可以识别相关信号。软件方面,从快速原型平台的芯片级模块库出发,设计了基础模块、起动模块、怠速模块三大模块,完成了ECU和发动机的配置功能、传感器信号采集处理和变量输出功能、执行器接口驱动模块设计、油泵控制、主继电器控制、氧加热控制等模块,起动和怠速控制相关的喷油、点火、气量模块,总数超过50个子模块。本文在总体方案确定后,进行各子模块模型的搭建及仿真,重点对起动过程的目标空燃比及相关增量的衰减控制、起动过程气量增量及其衰减控制以防止转速冲高、起动点火提前角向运行点火提前角的过渡控制。在怠速控制阶段,实现了基于氧传感器的燃油闭环控制,不同的主提前角模式以及基于转速波动的相关闭环修正,确定了目标怠速转速的计算方法及相关修正量,实现了基于转速波动的怠速气量的闭环控制等相关功能,确保了发动机怠速的平稳运转。最后,利用Simulink的代码生成工具,生成C代码,并调用编译器生成烧录和描述文件。经过硬件在环验证及实车验证,发动机能迅速起动成功,并进入稳定怠速。起动过程中空燃比的过渡、点火提前角的切换、气量的补偿及衰减、怠速转速控制均取得了较好的效果,发动机控制的预期成果实现。


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